Umidita Tufo Giallo Napoletano Federico II

VERIFICHE SPERIMENTALI SUGLI INTERVENTI DI
RISANAMENTO DELLE MURATRE DI TUFO GIALLO
NAPOLETANO AFFETTE DA UMIDITA’ DA RISALITA
CAPILLARE
Ing. Roberto Castelluccio
Dipartimento di Ingegneria Civile Edile ed Ambientale
Università degli Studi di Napoli Federico II
I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO
IL TUFO GIALLO NAPOLETANO
Genesi
"La struttura e la tessitura dei tufo giallo ricordano quelle di
materiali piroclastici misti eruttati in tale quantità ed in breve
tempo da formare una sospensione caldissima e molto mobile
che inondava vaste aree con grande velocità. Soltanto un
cosiffatto meccanismo spiega la natura perfettamente caotica
dei tufo, la parziale devetrificazione delle sue pomici e la sua
saldezza eccezionale "
A. Rittmann, “Sintesi geologica dei Campi Flegrei”, in boll. Soc. Geol. Ital. 1950
Sezione schematica della caldera dei Campi Flegrei: camera magmatica e sistemi di alimentazione dell'attività vulcanica recente
(rosso); fondo calderico (marrone e seppia); riempimento calderico (grigio), Tufo Giallo Napoletano (giallo), formazioni recenti
(grigio tratteggiato).
da: "I Campi Flegrei e i fenomeni bradisismici". Le Scienze febbraio 1994, numero 306
Ingegnere Roberto Castelluccio
I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO
IL TUFO GIALLO NAPOLETANO
L’estrazione (la coltivazione)
Estrazione in cave chiuse
Estrazione "a botte" o "a campana"
Estrazione in cave a cielo aperto
Le cave di tufo a cielo aperto
nel vallone San Rocco
(foto Bartoli e Collini)
a sinistra si scorgono le entrate
delle vecchie cave sotterranee
Ingegnere Roberto Castelluccio
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IL TUFO GIALLO NAPOLETANO
Natura e caratteri del Tufo Giallo
Caratteristiche meccaniche
Falesia di Monte di Procida prospiciente Torregaveta:
successione di lave e prodotti piroclastici di varie dimensioni (brecce,
lapilli e scorie), associati a forti eruzioni esplosive.
COMPOSIZIONE
CHIMICA
COMPOSIZIONE
MINERALOGICA E
PETROGRAFICA
-
> 50% di Silice
16-19 % di Ossido di Alluminio
7-8 % di Ossido di Potassio
2-4 % di Ossido Ferrico
1,5 – 3,5 % di Ossido di Calcio
- pomici,
- frammenti di ossidiana
- litici
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IL TUFO GIALLO NAPOLETANO
Caratteristiche del tufo
POROSITA’
Uno dei parametri che influenza la resistenza delle rocce
lapidee tenere è la porosità n, definita come rapporto tra il
volume dei vuoti / volume totale.
All’aumentare della porosità diminuisce la resistenza a
compressione uniassiale.
Relazione fra porosità e resistenza a compressione uniassiale
GRADO DI SATURAZIONE
Indagini sperimentali sul tufo giallo napoletano hanno evidenziato
che un altro parametro che riduce la resistenza del materiale
lapideo è il grado di saturazione. In particolare la resistenza media
del tufo saturo è all’incirca pari al 75% di quello asciutto.
Altri risultati hanno dimostrato, inoltre, che il tufo, se sottoposto ad
essiccamento
in stufa a 105C°, subisce una consistente
degradazione meccanica.
Resistenza a compressione in funzione della temperatura di essiccamento.
Si nota come Il deterioramento per effetto termico sia evidente già alla temperatura di 70°C.
Ingegnere Roberto Castelluccio
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I TIPI DI UMIDITA’
Tipi di umidità
Pioggia battente
Da costruzione
Condensazione
per scarsa protezione termica
Fessurazione da agenti aggressivi
Condensazione interstiziale
Fessurazione da gelo e disgelo
Concentrazione di sali igroscopici
Acqua di scorrimento
Funghi e muffe
Infiltrazioni dal sottosuolo
Condensa del pavimento
Introduzione di sali solubilizzati
Falda freatica
dal terreno
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I TIPI DI UMIDITA’
Degrado da Umidità:
Presenza di acqua all’interno (umidità interna) o in superficie (umidità superficiale) dell’ossatura
strutturale.
Fattori caratteristici
Gli effetti
-
Presenza di acqua
-
Assottigliamento termico
-
Porosità delle strutture
-
Diminuzione caratteristiche di resistenza
-
Condizioni termo-igrometriche ambientali
-
Disgregazione materiale
-
Cicli gelo-disgelo
Processo di progetto
DIAGNOSTICA
visiva/strumentale
TIPI DI UMIDITA’
INTERVENTI DI RISANAMENTO
COLLAUDO
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I TIPI DI UMIDITA’
DIAGNOSI
I FASE – INFORMAZIONI GENERALI E APPROCCIO VISIVO
Raccolta di informazioni di carattere generale sull’edificio in esame: localizzazione, contesto ambientale ed
urbanistico, epoca storica, destinazione d’uso, presenza di acqua nello spazio circostante.
Esame visivo del fenomeno e del suo contesto:
- caratteristiche del luogo e del suolo,
- tipologie edilizie, materiali da costruzione
- eventuali interventi di risanamento e risultati conseguiti
- caratteristica degli edifici circostanti e consistenza di eventuali manifestazioni di umidità in essi rilevati.
II FASE – INDAGINI E CARATTERIZZAZIONE IGROMETRICA
INVASIVE
-
NON INVASIVE
-
Prelievi
Saggi Locali
Termografia
Misura della resistenza elettrica
Misura diretta con igrometro
III FASE – DETERMINAZIONE DELLE PATOLOGIE
igrometro
Concentrazione Contenuto umido
Tipo di umidità
Umidità
Umidità
ascendente da condensazione
Umidità
ascendente
più umidità da
condensazione
Umidità
da pioggia
battente
Umidità
da materiali
isolati
IV FASE – INTERVENTI
•
Meccanici
•
Chimici
•
Elettrici
•
Evaporativi
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I TIPI DI UMIDITA’
Umidità ascendente
1.
La caratteristica porosa della pietra consente all’acqua di
penetrare dalle pareti laterali e di base (imbibizione) per
semplice contatto e per effetto dell’attrazione molecolare;
2.
L’acqua ricca di sali, accolta nella struttura porosa, inizia
l’ascesa all’interno del sistema capillare fino ad arrivare ad una
altezza massima;
3.
Raggiunta l’altezza massima l’acqua, migra verso la parete
esterna, deposita i sali all’interno delle struttura porosa ed
evapora attraverso la superficie esterna;
4.
Saturati i pori interni i sali si depositano sulla superficie esterna
dell’intonaco danno luogo alle efflorescenze; quelli depositati
all’interno del sistema poroso aumentano di volume ed
innescano uno stato di tensione interna che tende ad espellere
l’intonaco.
Teoria di Jurin
S cos (2r) + Pa (r2) - Pa (r2) -  g h (r2) = 0
h = 2 (S cos /  g r)
S=
=
Patm..=
h=
r=
gh=
Tensione superficiale
Angolo del menisco
Pressione atmosferica
Altezza di risalita
Raggio del tubicino
Peso massa d’acqua
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Modello elettrico dei capillari - Doppio strato di Helmholtz
‘’Le cariche sulla superficie richiamano
dalla soluzione una carica netta uguale e
contraria, che va a distribuirsi ad una
distanza fissa. Pertanto si origina un
cosiddetto doppio strato di carica.’’
[Carpi – de Rossi – Fenomeni Bioelettrici]
Polarità della molecola d’acqua H2O
S=
L’evaporazione del primo strato dalla
superficie produce il richiamo di
ulteriore acqua dal sottosuolo
Ingegnere Roberto Castelluccio
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LA CARATTERIZZAZIONE DEL CONTENUTO UMIDO DELLE MURATURE
UNI 11085:2003 – Materiali lapidei naturali ed artificiali. Determinazione del contenuto d’acqua: metodo ponderale
GRIGLIA DEI PRELIEVI
•
I
provini
devono
essere
di
identiche
dimensioni, omogenei e comparabili
•
I prelievi vanno eseguiti con carotatrice a
basso numero di giri (minore di 250
giri/min) in modo da non alterare il
contenuto di acqua dei campioni
•
I campioni devono essere immediatamente
posti in contenitori a tenuta per evitare
contaminazioni
DETERMINAZIONE DEL CONTENUTO DI UMIDITÀ
Ca = [(Mu – Ms) / Ms] x 100
Caf = Contenuto fisiologico ( 1 % – 6%)
Ca: Contenuto d’acqua
Mu: Massa campione estratto
Ms: Massa campione dopo l’essiccazione
Cella Climatica
Bilancia Termoessiccante
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GLI INTERVENTI DI RISANAMENTO
Gli interventi di risanamento per fenomeni di umidità ascendente

Interventi Meccanici:
Metodo Koch (Riduzione della sezione assorbente);
Metodo “cuci e scuci";
Taglio meccanico.

Interventi Chimici:
Taglio chimico a pressione o a lenta infusione.

Interventi Elettrici:
Elettro osmosi attiva e passiva;
Elettro osmosi-foresi.

Interventi Evaporativi:
Posizionamento di sifoni e dreni
Intonaci da risanamento
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GLI INTERVENTI DI RISANAMENTO
Gli interventi meccanici
Si definiscono interventi meccanici tutte le procedure che prevedono una fase distruttiva della muratura
Metodo Koch (Riduzione della sezione assorbente)
L’osservazione che la velocità di assorbimento è
direttamente proporzionale alla superficie di contatto
muratura – falda, ha indotto i tecnici a sostituire le
murature continue con strutture ad arco scavate in
breccia al disotto delle zone da risanare in questo
modo la risalita dell’umidità è ridotta alla sezione di
Intervento di riduzione delle sezioni porose in fondazione
imposta degli archetti.
Il parametro variabile non riguarda il contenuto d’acqua
finale nella muratura, ma esclusivamente la velocità di
assorbimento .
I campioni testati hanno raggiunto la saturazione in
tempi differenti, evidenziando l’inefficacia di un simile
dispendio di risorse economiche.
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GLI INTERVENTI DI RISANAMENTO
Metodo «scuci e cuci"
Consiste nello scavare nel muro umido una traccia variabile dai 18 ai 30 cm per l’intero spessore del
muro che consenta di sostituire i materiali porosi con altri anticapillari (ad es. pietra o lamina di piombo
da 1,5 –2 mm) per l’intero perimetro dell’edificio.
L’intervento è completato con la posa in opera di un
foglio impermeabile sottoposto, in modo tale che nel
complesso si costituisce una barriera insuperabile
per l’acqua.
Inserimento di uno strato di materiale non poroso a tutto spessore
Taglio meccanico della muratura
La metodologia di intervento originaria, detta Massari, prevede l’utilizzo di una carotatrice per realizzare,
con due serie sovrapposte di fori accostati, una fessura orizzontale regolare anche su murature
eterogenee.
I materiali che vengono inseriti come sbarramento
sono di diversa natura: lastre di piombo, di acciaio
piane od ondulate, lamine in pvc o vetroresina, resine
poliesteri, malte cementizie.
L’operazione è comunque dispendiosa, faticosa e
praticabile solo su materiali particolarmente teneri.
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GLI INTERVENTI DI RISANAMENTO
Gli interventi chimici
Il metodo chimico consiste nell’immissione all’interno delle murature di sostanze chimiche in forma fluida
che costituiscono una barriera orizzontale al flusso migratorio dell’acqua.
Si possono individuare due classi di prodotti:

Consolidanti: penetrano nella struttura muraria occludendone i pori

Idrofobizzanti: si dispongono sulla superficie dei pori riducendo il valore della tensione superficiale
La tecnologia di posa in opera individua ancora due classi in funzione delle caratteristiche viscose del
materiale:
Lenta infusione
Iniezione a bassa pressione
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GLI INTERVENTI DI RISANAMENTO
Gli interventi elettrici
I metodi denominati “elettrici” si basano sul principio dell’elettro osmosi, secondo il quale si afferma che il
movimento di un fluido conduttore (l’acqua) si muove in un mezzo poroso, sotto l’azione di un campo
elettrico, dal polo positivo (anodo) verso quello negativo (catodo).
Elettro-osmosi passiva
Elettro-osmosi attiva
Elettro-osmosi Foresi
Consiste nel collegare la parete con
Prevede l’utilizzazione di un
Il fenomeno dell’elettroforesi sancisce
il terreno in modo da annullare la
campo
artificiale
che delle particelle in sospensione in un
differenza
gli
mediante l’installazione di due
liquido, si muovono sotto l’effetto di un
elementi in questione e quindi il
elettrodi a potenziale differente
campo elettrico dal polo positivo a quello
campo elettrico
collegati da una centralina
negativo.
di
potenziale
tra
elettrico
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GLI INTERVENTI DI RISANAMENTO
Gli interventi evaporativi
Gli interventi si basano sulla deumidificazione delle strutture murarie per effetto dell’incremento delle
superfici evaporative.
Il fenomeno dell’evaporazione si realizza in due fasi successive: nella prima si osserva una diminuzione
del contenuto di umidità interno alle pareti ed il trasporto in superficie dei sali disciolti nell’acqua; nella
seconda fase si effettua l’effettiva asciugatura mediante l’evaporazione attraverso le pareti.
L’aumento
della
capacità
evaporativa interna alla parete si
ottiene mediante l’apposizione di
sifoni o dreni atmosferici, mentre
la capacità evaporativa superficiale
viene aumentata mediante l’utilizzo
di intonaci da risanamento.
Curva di evaporazione
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GLI INTERVENTI DI RISANAMENTO
I sifoni
Il sistema è basato sull’applicazione di tubicini in materiale poroso,
inclinati verso il basso di circa 20°, attraverso i quali l’acqua presente
nella muratura dovrebbe fuoriuscire, attivando una circolazione naturale
tra l’aria umida interna e quella asciutta esterna.
In realtà l’aria umida interna uscirà dal sifone solo se a temperatura
minore di quella esterna, per cui il sifone dovrebbe essere rivolto verso
Sifoni di Knapen
Sifoni a "V"
l’alto.
Intonaci da risanamento
Il funzionamento degli intonaci da risanamento è basato:
- sull’aumento della superficie evaporante dovuta ai macropori contenuti
nella matrice ed alla loro maggiore capacità volumetrica che consente
all’intonaco di contenere un maggior quantitativo di sali depositati, ritardando
l’attivazione delle tensioni interne e contenendone le deformazioni;
- sull’azione idrofobica sui capillari interni che, incidendo sul valore della
tensione superficiale, riduce la capacità della muratura di innescare la risalita
capillare; sull’approfondimento della superficie evaporante che consente una
maggiore durabilità e conservazione dei paramenti esterni.
Ingegnere Roberto Castelluccio
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“Electrocapillary effect” ed “Electrowetting”
Applicando un debole campo elettrico impulsivo è possibile modificare la concavità del
menisco nel punto di contatto tra un liquido conduttivo (soluzione acquosa salina) ed il
tubo di silicio (capillare), impedendo all’acqua di risalire per capillarità all’interno del
Sistema poroso dei materiali
Tratto da: “Fluid Control in Multichannel Structures by Electrocapillary Pressure”, by M. W. J. Prins, W. J. J. Welters, J. W.
Weekamp, Philips Research Laboratories Eindhoven, Prof. Holstlaan 4, 5656 AA Eindhoven, The Netherlands. SCIENCE Vol.291,
pp.277-280, 12 January 2001; (Copyright © 2001 American Association for the Advancement of Science).
Ingegnere Roberto Castelluccio
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Sistema a neutralizzazione di carica
Istallazione
Apparecchio Domodry
Modello LS-R15
Mantova – Palazzo Te - Sala dei Giganti
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